proect.docx

7/29/2019 proect.docx

1/33

Ministerul Educaiei, Tineretului i Sportului al Republicii Moldova

Universitate Tehnic a Moldovei

Catedra Microelectronica si Dispozitive cu Semiconductori

TEMA:Proectarea schemei electronice a aparatuluiradio de tipul supergheterodina acordat pe ofrecventa fixa.A efectuat : St.gr ISBM 111Ciumac FiodorA verificat: Prof. Oleg LupanNote: Coninut _____

Prezentare _____

Susinere _____

Final _____

Chisinau 2012


2/33

2

Cuprins :

1. Noiuni de baz despre receptoarele radio.................................3 1.1.

Receptoare radio de tip superheterodin.........................5

1.2. Recepia stereofonic.....................................................101.3. Receptor radio superheterodin.....................................121.4. Notiuni generale despre amplificatoare.........................191.5. Clasificarea amplificatoarelor........................................211.6. Structura unui etaj amplificator......................................221.7. Amplificatorul selectiv...................................................232. De calculat :amplificatorul selective cu

filtru RC de frecventa joasa...........................................263. Concluzii.........................................................................324. Bibliografie.....................................................................33


3/33

3

1. Noiuni de baz despre receptoarele radioReceptoarele radio sunt formate dintr-un un ansamblu de circuite

electronice destinate recepionrii semnalelor de radiofrecven,prelucrrii acestora prin selecie, amplificare, decodare, demodulare i

conversie, n scopul redrii informaiei sonore. Perfecionareadispozitivelor electronice i a tehnologiei de realizare a circuitelorelectronice (LSI i VLSI) a permis evoluia i diversificarea tipurilorconstructive de radioreceptoare.

Multe din realizrile actuale conin n esen aceleai blocurifuncional, doar c ele au fost mbuntite cu bucle de automatizare (RAA,CAF), instrumente indicatoare de nivel, panouri elegante pentru controlulfuncionrii i pentru efectuarea de reglaje, n spatele crora se afl circuite

de tip microcontroler.Din punct de vedere al evoluiei constructive i al performaneloratinse generaiile de radioreceptoare trecute i prezente pot fi grupate nurmatoarele faze:

Faza I: - radioreceptorul cu tuburi electronice, masiv, mareconsumator de energie, inerent staionar, calitate buna, panou deacionare mecanic, pre de excepie. Fidelitatea receptorului,exprimata prin gradul de inteligibilitate , era determinat n mare

masur de caracteristicile difuzorului.Faza II - radioreceptorul cu tranzistoare. n aceasta faz este

realizat aparatul radio portabil caracterizat prin consum redus,fiabilitate mai mare ceea ce l-a plasat pe locul 1. Raportulperformane - pre al aparatelor de radiorecepie a crescut continuuodata cu progresul tehnologic de fabricare a componentelor icircuitelor electronice specializate.

Faza III A: - radioreceptoare cu tranzistoare i circuite integrate n

calea de semnal.Faza III B: - funciile complete ale radioreceptorului fiind integrate,

preocuprile constructorilor se ndreapt ctre dotarea setului cufacilitate auxiliare de comanda i control. Se pune problema fidelitaiireproducerii i a functionrii corecte prin afiaje de acord optim saunivel de cmp. Radioreceptoarele sunt prevzute cu muting" pe raportsemnal - zgomot saupe deviaia de frecven, precum i cu circuite deacord automat (de exemplu: CAFpe UUS). Decodarea stereo capt o

larga rspndire. Filtrele ceramice pentru frecvena intermediar (FI)


4/33

4

sunt omniprezente.Faza IV: - se pstreaz facilitaile "artificiale" menionate mai sus, dar

sunt modernizate unele elemente standard din structura receptoruluipentru mbuntirea performanelor prin utilizarea circuitelor integrate

LSI i VLSI la aceast structur. Prelucrarea numeric i circuiteleDSP (Digital Signal Processing) n radioreceptoare au adus acestoraposibiliti noi.n prezent, cele mai rspndite receptoare radio sunt cele la care

informaia se extrage dintr-un semnal cu frecven fix, denumit frecvenintermediar. Frecvena intermediar este obinut prin mixarea semnaluluide radiofrecven corespunzator postului de emisie cu semnalul generat dectre oscilatorul local. Aceste radioreceptoare sunt denumite receptoare

superheterodin [NIC00], receptoare prevzute cu circuite de reglareautomat a amplificrii (RAA si CAF) n vederea mbuntiriicaracteristicilor de funcionare i a indicilor de calitate. Progresele dindomeniul tehnologiei electronicii au permis realizarea de receptoare radiocu caracteristici tehnice tot mai performante.

Receptoarele radio pot fi clasificate astfel:a) Din punct de vedere al benzi de frecven n care receptoarele pot

efectua recepia, acestea pot fi destinate recepionrii unuia sau mai

multor domenii de lungimi de und standardizate: Receptoare radio pentru unde lungi UL; Receptoare radio pentru unde medii UM; Receptoare radio pentru unde scurte US; Receptoare radio pentru unde ultrascurte UUS.

b) Din punct de vedere al tipului de modulaie utilizat pentrucodificarea informaiei, receptoarele radio pot fi grupate n :

Receptoare radio pentru semnale MA, receptoare ce lucreaza

n domeniul undelor lungi, medii i scurte; Receptoare radio pentru semnale MF (monofonice sau

stereofonice), receptoare ce lucreaz n domeniul undelorultrascurte;

Receptoare radio pentru semnale MA i MF (monofonice saustereofonice), receptoare care pot acoperi ntreaga gam delungimi de und i care au cea mai larg rspndire.

c) Din punct de vedere al destinaiei receptoarele radio pot fi grupaten dou categorii:


5/33

5

Receptoare radio de radiodifuziune, receptoare destinaterecepieiprogramelor de radiodifuziune;

Receptoare radio profesionale, receptoare destinatecomunicaiilor speciale: telefonie, aviaie, marin, spaiale, etc.

d) Din punct de vedere al valorilor unor parametrii caracteristiciesenialii recomandai prin normative: sensibilitate, selectivitate, gradulde distorsiuni i putere la ieire, sunt stabilite 4 clase de receptoare radio deradiodifuziune:

1) Receptoare radio de clasa I , au cele mai buneperformane, sunt complexe i prevzute cu dispozitive icircuite auxiliare de reglaj cu ajutorul crora se obine oaudiie de nalt calitate, puterea maxim utilizabil (PM

sau Pn) de 5 -10 W sau mai mult, sensibilitatea de 50 V.2) Receptoare radio de clasa a II -a, sunt receptoare debun calitate, prezinta o audiie satisfctoare. Putereamaxim audio (PM) este de 2-4 W, iar sensibilitatea de 100V.

3) Receptoare radio de clasa a II I -a, au o construcie maisimpl, audiie satisfctoare, dimensiuni mici. Putereamaxim audio (PM) este de 0,5 - 1,5 W, iar sensibilitatea

de 200 V.4) Receptoare radio de clasa a IV-a, sunt receptoaresimple, cu detecie sau cu amplificare direct. Putereamaxim audio este de 0,5 W, iar sensibilitatea de 500 V.

1.1. Receptoare radio de tip superheterodin

Receptoarele radio de tip superheterodin sunt variante perfecionateale receptoarelor cu amplificare direct. Perfecionarea const n aceea casemnalul amplificat n radiofrecven se aplic unui schimbtor defrecven (convertor), format dintr-un etaj de amestec (mixer) i dintr-unoscilator local. Convertorul de frecven numit i heterodin translateazfrecvena semnalului de intrare fs ntr-o frecven fix, numit frecvenaintermediar fi sau medie frecven. Prelucrarea semnalului recepionatprin heterodinare, confer receptorului denumirea de receptorsuperheterodin.


6/33

6

Amplificatorul de frecven intermediar amplific semnalul defrecven fix fi far a-i modifica forma sau frecvena. Prin mixareasemnalului recepionat (fs) cu un semnal generat local (fosc) rezult unsemnal de frecven constant, denumit semnal de frecven intermediar(f

i)

. Frecventa intermediara poate fi obinut prindoua procedee de

schimbare de frecven:a) schimbare de tip supradin

fi=fosc-fs (1.1.a)b)schimbare de tip infradin

fi=fs-fosc (1.1.b)relaii n care: fosc - este frecvena oscilatorului local;

fs-este frecvena semnalului util.

Frecvena intermediar se obine prin procedeul supradin n cazulcomunicaiilor pe frecvene purttoare de pn la 1GHz. Schimbarea defrecven infradin este utilizat n radiocomunicaiile din domeniulmicroundelor i n cazul transmisiilor radio prin satelit.

Meninerea constant a valorii frecvenei intermediare fi, impune cafrecvena semnalului generat local fosc s se modifice odat cu frecvenasemnalului util (semnalul recepionat) fs. Rezolvarea acestei probleme seasigur prin reglajul simultan al selectivitaii circuitului de intrare i

oscilatorului prin folosirea condensatoarelor (sau bobinelor) variabile iarn cazul frecvenelor de valori ridicate (FIFi UIF)prin utilizarea diodelorvaricap. Meninerea diferenei de frecven la valoare constant, impune"alinierea" circuitului de intrare al receptorului i a circuitului de acord aloscilatorului local (OL).

Prin aliniere" se nelege stabilirea cu precizie a tuturorcomponentelor din circuitul de intrare i din oscilator pentru a realiza ctmai precis schimbarea de frecven potrivit relaiilor (1.1.a, sau 1.1.b).

Echiparea radioreceptoarelor cu schimbtoare de frecvenasigur performane superioare receptoarelor radio de tip superheterodinprin:

creterea sensibilitii; mbuntirea selectivitii i a stabilitii; reducerea dependenei performanelor receptorului radio de

valoarea frecvenei postului recepionat.Pentru receptoarele de radiodifuziune valoarea frecvenei intermediare

a fost stabilit prin normative i standarde internaional astfel:


7/33

7

pentru receptoarele radio cuMA, fi= 455 kHz sau 465 kHz; pentru receptoarele radio cuMF, fi=10,7MHz.Schema bloc (reprezentat pe obiecte procesoare de semnal") a

receptorului radio de tip superheterodin cu MA i MF stereofonic este

prezentat n figura 1.1. Semnificaia notailor i rolul blocurilor funcionaleeste:

- A - antena, circuit electric care realizeaz captarea undelorelectromagnetice dintr-o anumit gam de frecvene;

- CI - circuitul de intrare, conine circuite selective, cu acordvariabil sau reglabil pe frecvena postului de emisie; asigurtransferul de la antena de recepie la etajele receptorului numai abenzii de frecven n care se afl semnalul dorit;

- ARF - amplificator de radiofrecven asigur amplificareasemnalelor de radiofrecven selectate, pentru a putea fi prelucratede celelalte etaje ale receptorului;

- OL - oscilatorul local genereaz semnalul de radiofrecvennecesar realizrii schimbrii de frecven; frecvena de oscilatiefosc depinde de frecvena semnalului recepionat (util) fs i defrecvena intermediarfi conform relatiilor (1.1.a i b);

- EA -etaj de amestec (mixer) realizeaz amestecul semnalului

recepionat (fs) cu semnalul oscilatorului local (fosc), n vedereaextragerii componentei de frecven intermediar (fi =fosc - fs), cuajutorul unui filtru trece banda acordat pe frecvena intermediar;

- AFI - amplificator de frecven intermediar este un amplificatorselectiv, care asigur amplificarea de baz a receptorului, fiindformat din mai multe etaje de amplificare selective conectate ncascade, acordate pe frecvena intermediarfi;

- D - demodulator, etajul care asigur extragerea din semnalul deradiofrecvent modulat a semnalului purtator de informaii;

- AAF - amplificator de audio frecventa, un bloc functional formatdin unul sau mai multe etaje, cunoscut i sub denumirea deamplificator de joas frecven (AJF), asigur amplificarea ntensiune i putere a semnalului de joas frecven pentru a putea firedat cu ajutorul difuzorului;

- Df- difuzor, dispozitiv magnetoelectric sau piezoelectric, careasigur transformarea semnalelor de joas frecvent n semnalesonore.


8/33

8

- Decodor stereofonic - circuit complex care asigur extragereadin semnalul stereofonic a semnalelor audio corespunzatoarecanalelor de audiofrecventa stng S i dreptD.

- Circuite de reglare automata:

CAF - control automat al frecventei - circuit specificnumai receptoarelor cu MF este destinat meninerii acorduluistabil pe frecvenapostului selectat;

RAA - reglarea automata a amplificarii - circuit specializatpentru meninerea constant a nivelului semnalului la ieireademodulatorului.

Fig. 1.Schema bloc a receptorului radiosuperheterodin stereofonic pentru semnaleMA -

MFReceptoarele de radiodifuziune moderne (fig.1) pot asigura att

recepia semnalelor modulate n amplitudine, ct i recepia semnalelormodulate n frecvena, fiind echipate la partea de intrare cu un blocspecializat - blocul UUS: - format din circuit de intrare MF i un

schimbtor de frecven (etaj de amestecEA-MFi oscilator local OL-MF).Receptoare radio de calitate asigur i prelucrarea transmisiilorstereofonice, dispunnd pentru aceasta de un bloc specializat decodorstereo (DS). Amplificatorul de audiofrecven, n acest caz, esteconstruit pe doua canale identice, canal stng AAF-Si canal drept AAF-D, corespunzatoare cele doua semnale cuprinse n transmisiunilestereofonice [NIC00].

Schimbarea de frecven din receptoarele radio superheterodin

introduce, datorit principiului folosit, o serie de probleme specifice:


9/33

9

1) Necesitatea atenurii frecvenei imagineFrecvena imagine fimagcorespunde valorii unei frecvene de intrare a

unui semnal diferit de cel util (semnal nedorit) fs= fimag, care determineaceiai valoare a frecvenei intermediare ca i semnalul util.

Frecventa fsse numete frecvena imagine, deoarece fcnd analogiadintre frecvena oscilatorului cu o oglind, frecvena fs este "imaginea"frecvenei fs(fig.2). Frecvena imagine este cunoscuta i sub denumirea defrecvena oglind.

inand seama de relaia (1.1.a), frecvena imagine are valoarea:fimag=fs+2Kfi ;K=1,2,3,.... (1.2)

Frecventa imagine fimag este atenuat prin intermediul circuitelorselective ale circuitului de intrare i cele ale amplificatorului de

radiofrecven (acordate pe frecvena fs)..f=fi f=fi f

fs fosc fimagFig. 2.Poziia semnalului utilfsi a frecvenei imaginefimag=fs

pentru k=1

Atenuarea frecvenei imagine se poate face cu att mai uor cu ctaceasta este mai diferit (deprtat) fa de frecvena util. n benzile UL i

UMaceasta condiie este ndeplinit i atenuarea frecvenei imagine poatefi asigurat numai prin intermediul circuitului de intrare. Banda de trecere aunui circuit oscilant este proportional cu frecvena sa de rezonan iinvers proporional cu factorul de calitate Q al circuitului.

Introducerea unei noi frecvene intermediare fi1, corespundetransformrii receptorului superheterodin cu o schimbare de frecvenn receptor superheterodin cu dubl schimbare de frecven (dublconversie). Receptoarele pentru US si UUS folosite n comunicaiile

serviciilor specializate: aeronautic, maritim, radionavigaie,radiodifuziune prin satelit, etc., precum i receptoarele din gamelesuperioare de frecven (3 - 30 GHz) sunt prevazute cu doua sau mai multeschimbri de frecven. Prima schimbare de frecven se face pentruatenuarea frecvenei imagine, iar celelalte schimbri de frecven se facpentru asigurarea selectivitii impuse.

2)Necesitatea atenurii semnalelor de intrare a cror frecven esteegal cu frecvena intermediar.

n acest scop se folosete la intrare un filtru oprete banda, carerejecteaz semnalele a cror frecven se situeaz n jurul valorii


10/33

10

frecvenei intermediare fi. Daca acest filtru lipsete, exist pericolul caaceste semnale s patrund direct n etajeleAFI, far ca ele s fie rezultatulschimbrii de frecven.

Valorile frecvenei intermediare se aleg la valori standardizatesau pe frecvene pe care nu se efectueaz transmisii radio.

1.2. Recepia stereofonicSistemele de radiocomunicaii stereofonice (fig.3) s-au dezvoltat

pe structura sistemelor monofonice pentru a se asigura compatibilitateanoilor sisteme de radiocomunicaii cu cele anterioare monofonice. Pentruaceasta au fost pstrate caracteristicile standardizate pentru comunicaiilemonofonice referitoare n principal la frecvena de emisie i la coninutultransmisiei monofonice.

Receptoarele radio stereofonice realizeaza pentru ascultatoriperspectiva sonor, comparativ cu recepia monofonic.

Perspectiva sonor este determinat de trei elemente specifice:1. Unghiul de ascultare reprezint unghiul sub care ascultatorul

percepe abloul sonor, fictiv, pe care i-l imagineaz;2. Rezolia stereofonic se refer la redarea reliefului sonor prin

localizarea subiectiv determinat a direciei n care se gsesc

elementele tabloului sonor;3.Atmosfera acustic se refer la caracterul spaial al recepieistereofonice, avnd loc producerea subiectiv a senza iei de a fi prezentn spaiul n care se genereaza efectul sonor.

Pentru realizarea perspectivei sonore sistemele stereofonice conindou canale de comunicaie: canal stng S i cellalt canal drept D. nschema bloc a sistemului de emisie - recepie stereofonic din figura 3 celedou canale sunt notate cu A i B. Pentru a prelucra semnalele celor dou

canale emitatorul conine un bloc specific denumit codor stereo, iarreceptorul conine blocul decodor stereo (DS).Sistemul de radiodifuziune stereofonic generalizat i standardizat

este sistemul multiplex cu frecven pilot, sistem care face parte dinstandardul CCIR (1965/1966). Potrivit acestui sistem instalaia de emisiestereofonic asigur:

> formarea semnalului multiplex stereo SMSprintr-un proces decodare a semnalelorA(t) si B(t), semnale purttoare de informaii

provenite de la microfoanele celor dou canale;


11/33

11

> generarea i modularea n frecvena a purttoarei de radiofrecvencorespunzatoare postului de emisie.

Fig. 3.Schema bloc a sistemului de emisie - recepie stereofonic

Principiul formrii semnalului multiplex stereofonic n instalaia deemisie [NIC00], comport urmatoarele procese:

1) Semnalul sursa A(t) i B(t), corespunztor celor dou canale, sunt

aplicate circuitului de adunare i scdere pentru se obine: semnalul sumM(t) = A(t) + B(t) - semnal necesar receptoarelor

radio monofonice i dispus n spectrul sonor: 30Hz - 15kHz; semnalul diferen S(t) = A(t) - B(t) - semnal specific

transmisie stereofonice.2)Translatarea semnalul diferen S(t) n spectrul ultrasonor (23 - 53

kHz) prin modularea n amplitudine a unei subpurttoare deradiofrecven de 38 kHz, obinut prin dublarea frecvenei unui

oscilator pilot de 19 kHz.3)Filtrarea semnalului diferen S(t)pentru eliminarea purttoarei de38 kHz obinndu-se un semnalMA - PS(modulat n amplitudinecu purtatoarea suprimat), semnal notat S*(t) i denumit semnalauxiliar stereo.

4)nsumarea semnalelorM(t), S (t) i a semnalului pilotP(t) (de19kHz) pentru obinerea semnalului multiplex stereofonic SMS:

SMS(t)=M(t) + S*(t) + P(t) (1.3)

Caracteristica amplitudine frecven a semnalului multiplex stereofoniceste reprezentat n figura 4.

Fig. 4.Caracteristica de frecven a semnalului multiplex stereo


12/33

12

Pentru a fi transmis, semnalul multiplex stereofonic moduleaz nfrecven semnalul purttor al postului de emisie (din gama UUS).

Receptorul stereofonic asigur:> recepia i demodularea n frecven a semnalului multiplex stereo;

> decodarea semnalului multiplex pentru obinerea semnalelorcorespunzatoare celor dou canale (stng i drept).Procesul demodulrii de frecven a semnalului multiplex stereo

este un proces asemntor procesului din receptoarele monofonice cu MF.Extragerea semnalelor corespunzatoare celor dou canale este realizatcu circuite specializate denumite decodoare stereofonice. Acestea suntdispuse dup demodulatorul de frecven, sunt realizate astzi cu circuiteintegrate si ndeplinesc urmatoarele funciuni:

> refacerea subpurttoarei de 38 MHz, suprimat la emisie, pe bazasemnalului pilot de 19 kHz;> extrage din semnalul multiplex semnalul sumaM(t) i semnalulauxiliar stereo S*(t);> separ semnaleleA(t) iB(t) corespunztoare celor dou canalesonore;> realizeaz dezaccentuarea semnalelor de cale pentru a elimina

atenuarea semnalelor cu frecvena mai mare de 15 kHz.

Compatibilitatea receptoarelor stereofonice i monofonice esteasigurat prin msurile tehnice luate n proiectarea i realizarea acestora,aceste msuri se refer la receptoarele care lucreaz n domeniul UUS. ncazul receptoarelor monofonice pentru eliminarea frecvenelor superioaregamei audio (>15kHz), - unde este plasat semnalul auxiliar stereo S*(t))sunt utilizate filtre trece jos, conectate dup demodulatorul de frecven,denumite filtre de dezaccentuare de radiofrecven.

1.3Receptor radio superheterodin

ntr-un receptor radio de tip superheterodin, spectrul semnaluluirecepionat este translatat pe o frecven intermediar constant, diferit dezero, folosind un mixeri un oscilator local, denumit i heterodin. Acestansamblu mai este numit i schimbtor sau convertor de frecven. nfuncie de relaia de ordine dintre frecvena heterodinei hf i cea

intermediar if, sunt posibile dou metode de recepie:


13/33

13

recepia supradin, la care ih ff ,o cu acord superior al heterodinei .constfff chi sauo cu acord inferior al heterodinei .constfff hci

recepia infradin, la care ih ff , iar .constfff chi

unde cf reprezint frecvena purttoare a semnalului util.Neajunsul principal al receptorului superheterodin const n apariia

canalelor suplimentare de recepie, printre care se numr: canalul cu frecvena egal cu frecvena intermediar, cunoscut

i sub denumirea de canal direct, deoarece ajunge direct ntraseul de frecven intermediar al receptorului, unde esteamplificat ca i semnalul util;

canalul imagine, care, datorit procesului de schimbare defrecven este recepionat simultan cu canalul util, deoarecedetermin o frecven de conversie egal cu frecvenaintermediar.

n fig. 7.7 se poate observa modul n care apare canalul imagine ncazul celor dou metode de recepie. Astfel, n cazul recepiei supradin,canalul imagine este dispus simetric fa de frecvena heterodinei la odistan egal cu frecvena intermediar. Pentru un acord superior alheterodinei (cazul din figur), canalul util este dispus la ihc fff , iarcanalul imagine la icihimgc fffff 2.. .

Fig. 7.7 Apariia canalului imagine la receptorul superheterodin

Pentru un acord inferior al heterodinei, cele dou canale i schimblocul ntre ele. Din figur se poate observa c, deoarece canalul imagineeste dispus foarte aproape de canalul util, pentru rejecia (atenuarea)acestuia este absolut necesar ca etajele dinaintea mixerului, care asigurpreselecia semnalului util, s fie de band ngust - B, acordate pe

frecvena semnalului util.


14/33

14

n cazul recepiei infradin, canalul imagine este dispus simetric fade frecvena intermediar la o distan egal cu frecvena heterodinei.Pentru un acord superior al heterodinei (cazul din figur), canalul util estedispus la hic fff , iar canalul imagine la

cihchiimgc fffffff 22

.. . Din figur se poate observa c, n acestcaz, deoarece canalul imagine este dispus foarte departe de canalul util,pentru rejecia (atenuarea) acestuia nu mai este necesar ca etajele dinainteamixerului s fie de band ngust, preselecia semnalului util putndu-serealiza i cu un preselector de band larg - BL, folosind un filtru treceband sau trece jos.

Dup schimbarea de frecven, semnalul de interes este filtrat pentru ase evita alierea n urma eantionrii, apoi este amplificat pn la un nivel

care s asigure funcionarea corect a CAD.Ca i n cazul anterior, n receptorul superheterodin eantionarea iconversia analog-digital se poate realiza fie n banda de baz, fie direct pefrecvena intermediar. n primul caz, structura receptorului se continu cuconversia direct de pe frecvena intermediar n banda de baz, folosind unoscilator n cuadratur i dou mixere (vezi fig. 7.3). Dei aceast variantare de mult un suport tehnologic accesibil, ea este mai rar utilizat npractic deoarece necesit utilizarea a dou circuite de eantionare

memorare i conversie analog digital.n cazul eantionrii directe a semnalului de frecven intermediar,pentru obinerea semnalului complex se utilizeaz metode digitale. Astfel,mai nti semnalul analogic real, de frecven intermediar, este transformatn semnal digital real prin procesul de eantionare-memeorare i conversieanalog digital, ceea ce permite inclusiv translatarea spectrului semnaluluiinteres pe o frecven intermediar mult mai joas, apoi, semnalul digitalreal este transformat n semnal digital complex utiliznd un generator n

cuadratur digital sau alte metode digitale specifice [2]. Schema bloc areceptorului superheterodin generalizat bazat pe aceast metod esteprezentat n fig. 7.8.

Dup translatarea n joas frecven urmeaz filtrarea i decimareasemnalul pentru a reduce frecvena de eantionare i implicit pentru a mritimpul necesar procesorului pentru prelucrri ulterioare. Acest lucru serealizeaz n blocul de conversie a ratei de eantionare CRE. n plusdecimarea are i rolul de a micora zgomotul de cuantizare. Pentru o

frecven de eantionare sf zgomotul de cuantizare este distribuit n


15/33

15

domeniul 2/0 sff . Selectarea numai a unei benzi egal cu kfs / serealizeaz cu un filtru numeric care asigur i filtrarea zgomotului din afaraacestei benzi. Ca urmare se produce o reducere de k ori a puteriizgomotului de cuantizare.

Fig. 7.8 Receptorsuperheterodin cu eantionare n FI

Este absolut necesar ca frecvena de eantionare s se stabileasc nstrns legtur cu lrgimea de band a interfeei analogice i nu cu cea asemnalului util, deoarece, semnalul de FI poate fi de band larg, coninndmai multe canale de band ngust, selectarea i filtrarea canalelorindividuale realizndu-se n interfaa digital. Caracteristicile canalului de

band ngust, precum lrgimea de band, riplul n banda de trecere, rejeciacanalului alturat, pot fi controlate prin intermediul coeficienilor filtruluidigital de canal, ceea ce confer o mai mare flexibilitate dect n cazul uneiprocesri analogice de canal.

Pentru translatarea spectrului semnalului de frecven intermediar peo frecven intermediar mai joas se poate utiliza tehnica subeantionrii.Aceast tehnic const n eantionarea cu frecvene mai mici de 2 fmax ,refacerea exact a mesajului informaional coninut de semnalul analogic

fiind posibil numai dac semnalul este de band limitat.n paragraful anterior am considerat cazul eantionrii semnalului nbanda de baz, adic toate semnalele de interes se situeaz n prima zonNyquist. Figura 7.9 (A) ilustreaz un astfel de caz, n care banda semnaleloreantionate este limitat la prima zon i imagini ale benzii originale apar nfiecare din celelalte zone Nyquist.

Fie cazul considerat n fig. 7.9 B, unde banda semnalului de frecvenintermediar, supus eantionrii, se situeaz n ntregime n a doua zon

Nyquist. Procesul eantionrii unui semnal aflat n afara primei zone


16/33

16

Nyquist este adesea denumitsubeantionare sau eantionare armonic. Sepoate observa c imaginea din prima zon Nyquist conine informaia dinsemnalul original cu excepia locaiei originale (ordinea componentelor nspectru este inversat, dar acest neajuns este corectat cu uurin prin

reordonarea ieirii FFT).

Fig. 7.9 Eantionarea semnalelor dispuse n diferite zone Nyquist

n fig. 7.9 C este prezentat cazul cnd semnalul de frecvenintermediar se afl n zona a treia Nyquist. Se observ c imaginea dinprima zon Nyquist nu are nici o inversare a frecvenelor. De fapt, banda defrecvenele a semnalului eantionat poate fidispus n oricezon Nyquist,pentru c n prima zon obinem oricum o imagine fidel a acesteia (cuexcepia inversrii ordinii componentelor, fenomen care are loc atunci cndsemnalul se afl n zonele pare). n acest moment, putem formula clarcriteriul Nyquist [1, 2]: pentru a conserva toat informaia coninut deun semnal de frecven intermediar, acesta trebuie eantionat la o rat

egal sau mai mare dect dublul benzii sale.Se observ c nu se face nici o referire la locaia absolut a benzii

semnalelor eantioanate n spectru, relativ la frecvena de eantionare.Singura constrngere este ca banda semnalului eantionat s fie limitat la osingur zon Nyquist (aceasta este de fapt funcia principal a filtruluiantialiere).

Eantionarea semnalelor dincolo de prima zon Nyquist este frecventutilizat n domeniul comunicaiilor deoarece procesul este echivalentdemodulrii analogice. Eantionarea direct a semnalelor de frecven


17/33

17

intermediar, urmat de folosirea tehnicilor digitale de procesare asemnalului, a devenit o practic obinuit, eliminnd astfel nevoia unuidemodulator analogic pe FI. Bineneles, pe msur ce frecvenaintermediar crete, performanele dinamice impuse CAD devin critice.

Lrgimea de band la intrarea CAD i performanele n domeniuldistorsiunilor, trebuie adaptate la frecvena intermediar i nu la banda debaz, de aceea un CAD destinat unor aplicaii de eantionare n FI trebuies-i menin performanele dinamice i n zonele Nyquist de ordinsuperior.

n cazul subeantionrii, filtrul antialiere este un filtru trece-band.n fig. 7.10 este reprezentat un semnal situat n a doua zon Nyquist,

centrat n jurul unei purttoare cf , cu frecvena minim 1f i cea maxim

2f . Gama dinamic dorit, GD, definete atenuarea n banda de blocare.Banda superioar de tranziie este ( 2f , 2 sf 2f ), iar cea inferioar ( 1f , sf1f ). Ca i n cazul eantionrii n banda de baz, cerinele asupra filtrului

antialiere devin mai puin pretenioase odat cu mrirea frecvenei deeantionare, dar trebuie avut n vedere c i cf trebuie mrit, astfel nct sfie mereu centrat n a doua zon Nyquist.

Fig. 7.10 Stabilirea parametrilor filtrului antialiere

Pentru a determina frecvena de eantionare sf , n funcie de frecvenapurttoare cf i banda semnalului f, se pot folosi dou relaii de baz.

Prima este impus de criteriul Nyquist:


18/33

18

ffs 2 , (7.2)

iar a doua asigur plasarea lui cf n centrul zonei Nyquist:

12

4

NZ

ff cs , (7.3)

unde NZ=1, 2, 3, ... corespunde zonei Nyquist n care se afl semnalul ipurttoarea sa (vezi fig. 7.11).

NZeste ales ct mai mare cu putin, meninnd ns ffs 2 . Acestlucru conduce la cea mai mic rat de eantionare necesar. Dac NZeste

ales impar, atunci semnalul i purttoarea sa, cf , vor cdea ntr-o zonNyquist impar i frecvenele imagine din prima zon Nyquist nu vor fiinversate. Pot fi fcute compromisuri ntre frecvena de eantionare icomplexitatea filtrului antialiere, prin alegerea unor valori mai mici pentruNZ(adic o frecven de eantionare mai mare).

Fig. 7.11

Ca un exemplu, se consider un semnal cu banda de 4 MHz centrat peo frecven de 71 MHz. Rezult c frecvena minim de eantionarenecesar este 8MSPS. Din relaia (2.3), pentru cf = 71MHz i sf =8MSPSrezult NZ=18,2. DarNZ trebuie s fie ntreg i se rotunjete prin lips la


19/33

19

18.Rezolvnd din nou ecuaia (2.3) n raport cu sf , rezult valorile finale:

sf =8,1143 MSPS; cf =71 MHz iNZ=18.Procesul iterativ de mai sus poate fi dus la bun sfrit pornind i de la

sf , ajustnd frecvena purttoare pentru a obine unNZntreg.

Din cele prezentate mai sus rezult faptul c, n urma subeantionrii unuisemnal de frecven intermediar spectrul dispus n jurul purttoarei, aflatn centrul unei zone Nyquist, este translatat n mijlocul primei zoneNyquist, pe o nou frecven intermediar. Ca urmare, procesul desubeantionare poate fi asimilat cu procesul de schimbare de frecven dintraseul analogic, cu avantajul dispariiei canalului imagine. Pe aceast noufrecven intermediar vor avea loc toate procesrile digitale ulterioare,necesare extragerii informaiei

1.4Notiuni generale despre amplificatoare.

Amplificator se numete circuitul electronic, care transformsemnalul de putere mic, aplicat la intrare, ntr-un semnal de ieirede putere mai mare.n fig.1 amplificatorul este reprezentat ca un cuadripol.

Procesul de amplificare const n modularea puterii sursei dealimentare de curent continuu conform variaiei n timp a semnaluluide intrare. Parametrul principal al amplificatorului este factorul deamplificarek.Deosebim:

- factorul de amplificare a tensiunii

kU

UU

ie.

int.

,

Iie.

Uie.Uint

Iint.

Fig.1 Simbolulamplificatorului


20/33

20

- factorul de amplificare a curentului

kI

II

ie.

int.

,

- factorul de amplificare a puterii

k

P

P

U I

U I k kPie.

int.

ie. ie.

int. int.U I

.Valorile factorilor de amplificare pentru diferite amplificatoare pot fi

diferite, ns k1. n caz contrar amplificatorul i pierde sensul. Dacexprimm factorul de amplificare n decibeli, avem:

int.

ie

UU

Ulg20dBk

k dB 20 lgI

II

ie.

int.

int.

ie

PPPlg10dBk

Deoarece factorul de amplificare n caz general este un numr complex,el poate fi scris n forma:

jekk

Caracteristice importante ale amplificatorului sunt:

- caracteristica amplitudine -frecven , care exprim dependenamodulului factorului de amplificare de frecvena semnalului k F f ,

- caracteristica faz - frecven (CFF), care reprezint dependenadefazajului introdus de amplificator (argumentul ) de frecvenasemnalului = F(f)

arctgIm k

Re k

.

Parametrii de intrareai amplificatorului sunt:-tensiunea de intrare Uint. ,-curentul de intrare Iint.,-puterea de intrare Pint.,-impedana de intrare

ZU

I,int.

int.

int.

Parametrii de ieire ai amplificatorului sunt:


21/33

21

-tensiunea de ieire Uie. ,-curentul de ieire Iie. ,-puterea de ieire Pie. ,-impedana de ieire

Z

U

I.ie. ie

.

ie.

1.5Clasificarea amplificatoarelor

Clasificarea amplificatoarelor se face dup cteva criterii:

a) n funcie de distorsiuni neliniare deosebim amplificatoareliniare, n care aceste distorsiuni sunt minime i neliniare, ncare aceste distorsiuni sunt foarte mari;

b)Dup tipul dispozitivelor active deosebim amplificatoare cu tuburi electronice, cu tranzistoare bipolare,

cu tranzistoare FET,parametrice cu diode tunel sau diode Gunn.c)Dup mrimea semnalului:

amplificatoare de tensiune, amplificatoare de curent, amplificatoare de putere.

d)Dup natura semnalului: amplificatoare de semnal mic

(amplificatoare de tensiune) amplificatoare de semnal mare

(amplificatoare de putere).e)Dup numrul de etaje amplificatorul poate fi format dintr-un etaj

sau cteva, legate n lan (vezi fig. 2)

1 2 N

Fig. 2.Amplificatoare cu multe etaje legate n lan


22/33

22

f) Dup clasa de funcionare a etajului deosebim amplificatoare de clasaA, B, Ci AB.

g)Amplificatoarele liniare n funcie debanda de trecere se deosebesc: amplificatoare dejoas frecven (audio) cu:

frecvena limit de jos circa 20 Hz i frecvena limit de sus circa 20 kHz, amplificatoare de nalt frecven cu:

frecvena limit de jos circa 20 kHz i frecvena limit de sus circa 30 MHz,

amplificatoare band larg (amplificatoare video) cu: frecvena limit de jos circa 20 Hz i frecvena limit de sus circa 30 MHz,

amplificatoare de curent continuu, care au frecvena limit dejos aproape de zero. amplificatoare band ngust (selective).

1.6Structura unui etaj amplificatorAmplificatorul poate fi format din mai multe etaje: etaj de intrare, etaje

intermediare, etaj de ieire. Etajul de intrare trebuie s aib impedanade intrare mare, nivelul de zgomot mic i sensibilitatea nalt. Etajele

intermediare amplific semnalul n tensiune pn la nivelul necesar. Etajelede ieire asigur puterea de ieire (pe sarcin) maximal i servesc pentruadaptarea ieirii amplificatorului cu sarcin. Toate aceste etaje suntformate pe acelai principiu unic. Structura unui etaj de amplificare estereprezentat n fig.3.

Elementele princpale ale unui etaj amplificator sunt:


23/33

23

- dispozitivul activ DA, care asigur procesul de amplificare (poate fi,spre exemplu, tranzistorul);

- sursa de alimentare de curent continuu E, inclus n circuitul de ieire,care furnizeaz energie pentru formarea semnalului de ieire i asigurregimul de repaos al etajului;

- rezistena R, pe care este format semnalul de ieire i de pe careel este cules.Sub aciunea semnalului de intrare variaz rezistena dinamic a DAi ncircuitul de ieire se formeaz semnalul de ieire.

1.7Amplificatorul selectiv

Deseori este necesar sa se selecteze semnalul de o anumita frecventa dintr-un semnal complex. Semnalul complex contine atit frecventafundamentala cit si un numar foarte mare de armonici, si in practica sepoate extrage atit armonica cu frecventa , cit si oricare armonica cu unamplificator selectiv. Schema-bloc a unui amplificator selectiv estereprezentata in fig. 4.

O posibilitate de a construi un amplificator selectiv care va functiona lafrecvente joase (f


24/33

24

Reteaua de reactie cu dublu T, asigura o reactie negativa asupra amplificariiin tensiune. Practic avem un amplificator cu amplificare cu amplificarenegativa. Intrucit la frecventa de rezonanta reteaua de reactie cu dublu Tare o atenuare minima (adica factorul de reactie si prezinta oimpedanta practic infinita, amplificatorul lucreaza cu o amplificare foartemare (in bucla de reactie intrerupta (deschisa)) pentru respectiva frecventa.Reteaua in dublu T reprezentata in fig. 6. atenueaza puternic frecventele dinjurul frecventei de rezonanta

La frecventa de acordare (rezonanta) si factorul de reactie =0, fazasemnalului se modifica de , factorul de amplificare il aflam dinformula:

si factorul de calitate Q obtine cea mai mare valoare pentru reteaua in dubluT simetrica (filtru RC simetric), adica ==C, iar conditiade balanta in zero se scrie:


25/33

25

Unde n prezinta un numar intreg si pozitiv.

Fig. 7.

In fig. 7. a) este rsprezentata caracteristica de atenuare in functie defrecventa si respectiv b) caracteristica de defazaj in functie de frecventa,ale retelei dublu T.La n=1 se obtine conditia de balanta in zero la care =2C, ,frecventa de acordare si factorul maximal de calitate Q=0,25.Factorul echivalent de calitate al amplificatorului selective de tip RC estedat cu relatia:

Valoarea depinde de valoarea factorului de amplificare in tensiune si de valoarea factorului de calitate Q a retelei in dublu T si secalculeaza cu formula:

O influenta esentiala la functionarea retelei in dublu T executa rezistenta de

sarcina si rezistenta interna a generatorului de semnale. Conditiiideale se asigura la si , in asa situatie reteaua in dublu T arecaracteristice simetrice cu privire la frecventa de acordare.Vom nota , ca asimetria caracteristicilor retelei in dublu T, de regula, ducela autoexcitarea amplificatorului selectiv. Practic conditiile de functionareale retelei in dublu T se considera ideale, daca 100 ,


26/33

26

La frecventa de acordare rezistentele de intrare si de iesire ale retelelor RC in dublu T se determina cu una si aceeasi relatie:

Daca la compararea rezistentelor si ale retelei in dublu Trespectiv cu rezistentele si ale schemei amplificatorului se va stabilica ele se deosebesc mai putin de doua ordine (100 ori), este necesar de creatconditii suplimentare, care vor asigura simetria caracteristicilor ale reteleiin dublu T. In particularitate, pentru schema din figura 6, conditiile desimetrie vor avea forma:

Daca in reteaua simetrica in dublu T, = si =, atunci

2.De calculat :amplificatorul selective cu filtru RC de

frecventa joasa

Date initiale:Frecventa de acordare f0=1kHz

Factor de calitate Qech=15Rezistenta sursei de semnale Rg=1kReziztenta sarcinii Rs=0.5kTensiunea de alimentare Ec=12V

1.Alegem din indreptar [6,7] tranzistoarele VT1VT3dupa frecvantalimita superioara fT>>f0 .Fiindca f0=1kHz se poate de utilizat tranzistoare defrecventa joasa de tip M41A la care frecvanta limita fT1MHz. Prealabilvom presupune ca toate aceste trei tranzistoare functioneaza in acelasiregim de current IE1mA.

2.Folosim reteaua simetrica in dublu T la care factorul propiu decalitate QRC=0.25 ,iar pentru a capata Qech=15 trebuie ca factorul deamplificare

KUO =

=60


27/33

27

3.La frecventa de acordare f0 reteaua in dublu T nu da voie sa treacasemnalul si,de aceea ,circuitul reactiei este interrupt. In asa caz schemaamplificatorului dupa current alternativ capata forma prezentata in figura

de mai jos , unde RES=RE2|| RS , RB=RB1|| RB2 , RE=RE1,RC=RC2.

Factorul de amplificare KUpentru aceasta schema se valculeaza inmodul urmator .Tranzistoarele VT1 si VT3 sunt conectate in schema inconexiune collector comun (CC) , iar in acesti amplificatori ,receptori peemitori ,KU1 =KU31.

Fig.1.16.Schema amplificatorului selectiv cu filtru RC

Factorul de amplificare KU2pentru etajul de amplificare cu tranzistorulVT2 se poate de apreciat cu formula:

KU2

;

unde Ries.ET1=rE1+

-rezistenta de iesire din partea emitorului

al etajului cu tranzistorul VT1.


28/33

28

Fig.1.17 Schema echivaalenta a amplificatorului selective in currentalternativ

Luind in consideratie , ca rezistorul RB are o valoare destul de mare si1 =60, apreciem valoarea :

Ries.ET1=rE1+

rE1+

50+ 110Unde rB1=100300; rE1=50..

Toata amplificarea necesara in schema trebue sa fie asigurata de etajulcu transistorul VT2 , de aceea KU2KU0=60. Alegem RC=RC2=10K,ceeace cu o mare rezerva asigura amplificarea necesara ,

KU2

=

100

4.Sa precizam valoarea rezistentelor generatorului si a sarcinii pentru

reteaua in dublu T:

Rg.RC=RESRies.Et3=RES [ ],

Rs.RC=Rint.T22(RE1Ries.ET1).Deoarece rezistentele RE1 si RE2 sunt dupa valoari destul de mari,

obtinem:


29/33

29

Rg.RC=RESRies.Et3=RES [ ] [

]=

=50+ 200 ,Rs.RC2(RE1Ries.ET1)2Ries.ET1=60104=6240=6K

5.Pentru capatarea caracteristicilor simetrice ale retelei in dublu trebuesa se indeplineasca doua conditii:

unde n este orice numar intreg si pozitiv ( de exemplu , n=1).

Luand in considerare valorile reale ale si se vede, caindeplinirea concomitenta a ambelor conditii de mai sus nu este posibila, Deaceea alegem rezistorul in conformitate cu formula :

unde n=1.

6.Vom face calculul definitiv al schemei dupa current continuu. Alegemtensiunea sursei de alimentare si curentii de functionare ai

tranzistoarelor VT1 si VT2. Atunci tensiunea pe colectorul tranzistorului VT2

-

Luand in cosiderare , ca 0,3V, vom obtine tensiuneape emitorul tranzistorului VT3: unde

Fiindca curentul in baza tranzistorului VT2 parcurge prinrezistoarele si se poate de precizat tensiunea pe baza tranzistoruluiVT2:

Tensiunea pe emitorul tranzistorului VT2 , iar tensiunea Deci tranzistorul VT2 functioneaza in regim active normal. Cunoscand

valoarea potentialului emitoarelor tranzistoarelor VT1 si VT2, aflamrezistenta rezistorului dupa formula:


30/33

30

Tensiunea continuu in baza tranzistorului VT1 in regim de repaus Alegem curentul prin divizorul format de rezistentele si cu multmai mare decit curentul in baza tranzistorului VT1:

Calculam valorile rezistentelor

unde

Tensiunea pe emitorul tranzistorului VT3 a fost calculate mai sus, si de aceea vom allege curentul de functionare prin tranzistorul VT3 corespunzator rezistenta

7. Calculam celelalte component ale retelei in dublu T

iar

8.Calculam valorile nominale ale condensatoarelor de separare reiesind dinconditiile:

( )

unde

iar


31/33

31

( )

unde

3. Concluzii.


32/33

32

Folosirea retelei dublu T ne permite ca la frecventa de acordare f0=1HZ sacapatam valorile minime ale factorului de reactie care sunt aproape de 0. Laaceasta frecventa reactia este nula si factorul de amplificare alamplificatorului capata valoarea maxima. La frecvente diferite de f0 aparereactia negativa care duce la cresterea factorului de transfer si micsorareafactorului de amplificare al amplificatorului. Aparitia reactiei negative inamplificator duce la reducerea nivelului de zgomot, permite modificareaimpendantelor de intrare si iesire a amplificatorululi in sensul dorit sideasemenea este imbunatatita stabilitatea functionarii amplificatorului.

Bibliografie:


33/33

1.Circuite elctronice cu component discrete.Material didactic de proectare.V.Negrescu-Chisinau ,UTM 20062. . . . , .-... 1987

proect.docx

Documents